速度是相对的，加速度是绝对的。也就是说一个水桶自转，和宇宙中所有其他物质绕着水桶转的物理效应完全不同，因为加速度不同，这也是解释双生子佯谬的关键。旋转是相对的，这好比幡动和风动的问题，关键不在事物本身，而在于参照物的选取。牛顿的水桶实验，水的上升是因为水的运动速度与桶的旋转速度不一致，而水又受到来自水桶壁阻力所以只能凹着上升，当二者速度相同时，二者之间便达到了一种相对平衡的状态。
什么是牛顿转桶实验
不是短木桶效应，握迹
牛顿转桶效应是针对于物体的运动而言的
牛档汪顿的意思是，如果你旋转一个桶，桶里面的水会受到力的作用因而旋转，桶和水有一个相对运动，
水对于桶壁的相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对偿转让地球及其他天体质量的相对转动所产生的。
简而言之，就是他认为桶外的星辰的位置是绝对的，所以桶内的水旋行皮仔转就可以以外界为参照系，也就是单纯地用惯性力来描述物体的运动，对应的就是经典物理所说的绝对空间概念。
而马赫就是批判了牛顿转桶实验，这也就是爱因斯坦相对论的由来，
马赫的意思就是说，如果你让外界的星辰转动，那么水桶里面的水应该一样会转动，即便你不转动桶。
如果要更通俗易懂就是说，比方你在电梯里面，电梯不动，你受地心引力作用所以会站住而不飘起来；但是如果电梯是在宇宙中间，你人本身不受地心引力作用，但是电梯进行加速运动，导致你受到一个加速度带来的力。如果这个力大小正好等于地心引力，而你又不知道外界的情况，那么你就没有办法分辨自己受到的力到底是源自地心引力还是电梯运动的力。
我觉得我已经表述的很清楚了，还有不懂的吗？
相对论（2）牛顿为什么认为水桶实验，可以证明绝对空间？
上回我们说到，在牛顿的力学体系当中，它必须有一个绝对静止的参考系，这样牛顿才能定义出什么是惯性系，有了惯性系，牛顿的力学才能成立。
所以牛顿就想，什么东西是静止的？他往四周一看，没错，空间是静止的，所以牛顿就在《原理》当中给空间下了这样的定义：绝对的空间，其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。
空间这东西虚无缥缈，看不见，摸不着的，你牛顿说它静止就是静止的？所以牛顿不仅给空间下了定义，而且还用了一个巧妙的实验证明了绝对空间的存在。
这个实验就是著名的水桶实验。从一个简单的水桶实验中，我们就能看出，牛顿的智商可以完爆任何人。
现在400年已经过去了，牛顿的水桶依然在转，我们还无法给出合理的答案。
好，我们开始正题。
牛顿说，现在有一个装了半桶水的水桶，把它用软绳吊起来，然后用手转动水桶，把软绳拧成麻花，在你还没有放手的时候，水和水桶是相对静止的，水面是平的。
当我们放开水桶的瞬间，水桶开始旋转，紧接着水也开始跟着水桶转动，就是图中1和2的情形，当水和水桶相对无转动的时候，也就是图中3的情形，但这时的水面却是下凹的。
这里就出现了一个问题，水和水桶相对静止的时候，水却出现的两种状态，第一种水面是平的，也就是在我们没放手的时候；
第二种水面是下凹的，也就是水和水桶同步旋转的时候。这时牛顿就要问了，是什么造成了水面的下凹，也就是水在相对于什么在转动？
如果转动是相对的，且转动是引起惯性离心力的原因，那水面的下凹，肯定跟水桶没有关系，也就是说，并不是水相对于水桶的转动，导致了水面的下凹。
因为当水和水桶静止的时候，水面是下凹的。那么水的转动参照了谁？所以牛顿说，水是相对于绝对空间在转动。
你可能会想，这不对啊，水也可能是相对于我在转动，所以水面是下凹的！那牛顿就会说，如果你也跟着水桶转起来呢？
你依然会看到水面是下凹的，所以水相对于你的转动，并不是水面下凹的原因，那你可能会反驳牛顿，水在相对于地球转动。
那牛顿接下来就会有一连串的问题等着你：那地球和月球的纯唯转动相对于谁？如果是太阳，那地球和太阳的转动又相对于谁？如果是银河系的中心，那整个银河系的转动又相对于谁？
如果这样一直追问下去，你总要找一个静止不动的参考系，来作为0点坐标，定义绝对运动，而这个0点坐标就是那个绝对静止的参考系。
牛顿会告诉你，这个绝对静止的参考系就是绝对空间，一切物体都在相对于绝对空间运动，那么以上一连串的问题都会解决。水直接相对于绝对空间运动，所以水面是下凹的，跟其他物体没有任何关系。
甚至牛顿还认为，就算把宇宙中的所有物质都剔除掉，只留下一个装了水的水桶，当水桶转动的时候，水面也是下凹的。
在极端一点，干脆水桶也不要了，就在绝对空间中留下一坨水，当水无转动的时候，水就是完美的球形，当水相对于绝对空间转动的时候，水就会变成椭球形。
这里，牛顿表述了两个重要的思想：首先，运动是绝对的！就算是在空无一物的空间中，你无法分辨出一个物体在做惯性运动，但是可以分辨出一个物体在做加速运动，比如刚才说转动的水，它会变成椭球形。
其次，物体的惯性是自身的属性，就算撤掉所有的物质，水的惯性依然存在，这是它自身的属性。
看到了吧，牛顿的逻李裤丛辑非常严谨，智商爆表，一般人很难在牛顿的水桶实验中找到问题。但是一百多年后的 奥地利 物理学家 恩斯特·马赫 就对牛顿的绝对空间、绝对运动，以及对惯性的解释提出了批判。
1883年在《力学史评》中，马赫指出，这个世界是相互关联，相互影响的，速度是相对的，加速度也是相对的，没有绝对空间，也没有绝哪樱对运动。
牛顿所说的，在空无一物的宇宙中，既然无法分辨出惯性运动，那就说明惯性运动不存在，也进而表明了在一个空无一物的空间中，物体没有惯性。
所以说，一坨在空无一物的空间中旋转的水，不会变成椭球形，依然是球形，因为离开了其他物质，水就没有了惯性。
因此马赫跟牛顿的分歧，就上升到了另外一个更高的层面，物体的惯性是怎么来的？
牛顿认为惯性是物体内在的属性，不受其他事物的影响。而马赫认为，物体的惯性来自于它和宇宙空间中所有物质的相互作用，说简单点就是宇宙的恒星背景对物质的引力拖拽。
所以说，惯性其实也是一种实在的力， 是由引力引起的拖曳效应。比如，在一个黑暗的夜晚，你抬头仰望星空，这是你看不到星空背景在相对于你旋转，而且你的手臂也是自然的下垂状态，现在你原地快速转圈，当你看到星空背景快速旋转的时候，你的手臂也会微微的张开。
我们知道手臂的张开是为惯性的原因，但是惯性怎么来的？按照马赫的解释就是当你快速转动起来的时候，宇宙中所有的物质对你手臂产生了引力拖拽，导致了你的手臂总是想保持原来的运动状态。
如果把马赫的解释用在牛顿的水桶实验上，就说明了水不是在相对于绝对空间在转动，相对于绝对空间的转动并不能引起水面下凹，而是水在相对于地球，相对于附近的所有星球，以及遥远的星空背景旋转，宇宙中所有物质的引力会对水产生拖拽，因此表现出了惯性。
地球的自转也一样，我们知道由于地球在自转，所以导致了赤道隆起，那么根据马赫的解释，我们还能得出这样一个诡异的推论，哪怕地球从诞生之初就没有自转，而所有的星空背景快速的绕着地球转动，那么地球的赤道照样会隆起。
马赫对牛顿绝对空间，以及绝对运动的批评对爱因斯坦的启发很大，但是马赫说惯性的由来，是外部物质的引力作用，这件事还有待商榷。
不过，这也是目前对惯性起源最好的解释了，在爱因斯坦广义相对论出来以后，也支持了马赫的说法，按照马赫的解释，一个物体的惯性来自于宇宙中所有的物质，最主要的还是遥远的恒星背景，但是这个物体要是靠近一个星球，那么这个星球的引力也会对这个物体的惯性产生影响。
比如按照马赫的解释，一个陀螺仪，如果在宇宙深空中转动起来，在没有外界干扰的情况下，那么它的轴将指向星空背景的某一点，不会发生移动，因为导致陀螺仪转动的惯性是整个星空背景提供的，这个影响各向同性的。
如果这个陀螺仪靠近一个星球的的话，那么这个星球的引力作用将会影响陀螺仪的转动惯性，导致陀螺仪的转动轴相对于恒星背景发生转动。
我们知道广义相对论说，引力其实是质量引起的时空弯曲，也称为测地线效应，而且还预言了惯性参考系拖拽现象，也就是一个快速转动的星球，会对它周围的时空产生拖拽 的现象。
为了验证以上的两个预测，同时也为了检验广义相对论的正确性和准确性，人们就在 1976年和2004年分别发射了两个卫星，引力探测器A和引力探测器B，上面都安装了精度非常高的陀螺仪。
实验结果表明陀螺仪的转动轴确实发生了偏转，虽然实验精度不够，但是也验证了广义相对论的预测，同时也间接地验证了马赫的说法。
但是这种验证并不能让所有人都信服，我们需要在更大的尺度空间上对物体的惯性质量进行测量，比如在银河系的范围，如果马赫的说法正确，一个在银河系中的物体的惯性质量，肯定和它在银河系以外空间的惯性质量不同，而且差距很大。
不过，我们现在还没有办法在大尺度上测量，物体的惯性质量是不是各项异性的。
最后，我们对惯性做一个通俗的解释，这个解释也许不正确，但是这是目前的主流解释。
遥远的星系释放出引力子，这些引力子在太空中旅行了数十亿年，到达了地球。当你在这个充满引力子的空间中加速的时候，你的身体就会与这些引力子发生更强的相互作用，所以你就具有了抵抗改变运动状态的能力，表现出来的就是你有了惯性。
关于惯性，我们后面在讲到广义相对论的时候，还会再提到。
好了，今天的内容就说到这里，下节课，我们将说牛顿力学和经典电磁学的矛盾。这是导致牛顿力学被狭义相对论取代的导火索。
求牛顿的旋转水桶实验的深层解释
对牛顿绝对空间的第一个建设性批评来自两百年后奥地利的物理学家和哲学家马赫。马赫在他1883年出版的《力学史评》一书中对牛顿的绝对空间和绝对运动作了深刻的批评。关于牛顿的“水桶实验”，书中写道：“牛顿的旋转水桶实验只是告诉我们，水对于桶壁的空携相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球及其他天体质量的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，直到厚达几英里时，那就没有人能说这实验会得出什么样的结果。”“如果把水桶固定，让众恒星旋斗渣伏转，能够再次证明离心力会不会存在吗？”在马赫看来，牛顿水桶实验中凹行为并不能区分究竟是水相对绝对空间的转动，还是水相对于众星体的转动，因此，并不能由此得出存在绝梁亮对空间的结论，相反地，把水面下凹行为看成是由于水相对于从星体转动，水桶内壁以外的所质量的吸引和带动所造成的，要更自然
牛顿通过水桶实验证明绝对时空观,在哪里出错了？
牛顿错在认为“绝对空间”是在绝对的无转动状态。
牛顿敢大胆假定他自己也没有见过的东西。牛顿在他的“自然哲学之数学原理”里假定，“绝对空间：其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动”。“永悄迅不移动”的东西当然是不会有转动的。所以，“绝对空间”是在绝对的无转动状态。尽管，谁也没见过“绝对空间”。
这样，水桶实验的一个自洽的解释是，只当桶中水相对于绝对空间无转动时，水面才是平的，否则是凹的。一百多年后， 马赫 强烈反对牛顿的解释。主要理由就是，局没牛顿的假定 “当桶中水相对于绝对空间不转动时，水面才是平的”，无法实验检验的，无法证伪的。
马赫提出的解释是，如果桶中水相对于整个星空背景无转动，水面是平的。当水相对于星空背景有转动时，水面是凹的。马赫的解释中，不需要绝对空间。
表面看，马赫似乎只是用“整个星空背景”替代了牛顿的“绝对空间”。但二者有很大不同，马赫的解释是可以检验的。人人都看得见“星空背景”，而看不见“绝对空间”。
爱因斯坦的“颠覆”
爱因斯坦于1915年建立广义相对论。广义相对论的一个重桐运纳要推论是，无转动状态不仅取决于星空背景，也决定于个别星体。
“一旦一个没有外界干扰的陀螺轴指向星空某一方向，它就总是保持这个方向”——在星体附近不再正确。陀螺导航的根据被“颠覆”。
“颠覆”效应的大小，取决于星体的质量和转动。如果飞船飞到一个快速转动的大黑洞附近，陀螺轴相对于星空背景会有很强的转动。这时，不能再用它导航。
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